穿戴式彩色微顯示技術

刊登日期:2015/7/5
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穿戴科技的時代已來臨!自2012年底,Google Glass的消息開始,不到一年時間,穿戴科技就成為美國消費電子展(CES)的矚目焦點,到處皆可發現智慧型穿戴電子裝置的身影。

2012年可謂是穿戴科技的爆發年;根據Gartner預估,至2016年全球穿戴式裝置產值將上看100億美元;資策會MIC也預估,到2018年將再成長到341億美元。但穿戴裝置的應用仍有許多潛在問題有待解決,例如裝置大小、重量、電池續航力等,而自發光的微發光二極體(Micro LED)有機會在體積及功耗上勝出,將Micro LED微顯示模組應用於穿戴裝置上具有輕量、微型、低耗電等特色,未來在穿戴裝置市場上不容小覷。

目前的Micro LED微顯示器均為單光色。原因在於單一基板上很難同時磊晶成長不同波長且高品質的LED。據文獻資料顯示,3M可能以波長轉換的方式將藍光(或UV光)透過量子井光激發層轉成紅、藍、綠光,構成RGB像素。而Sony、OKI等則傾向採用分次轉貼紅、藍、綠光Micro LED磊晶薄膜的技術(Epi-film Transfer),構成彩色Micro LED陣列。在Micro LED像素大小約10 μm尺度下,彩色(RGB)陣列技術是全球各團隊亟待突破的技術瓶頸。

Micro LED技術現況
美國Ostendo Technology透過優化半導體製程中的微影及蝕刻技術,在4吋LED晶圓上實現均勻度98%,密集度高達2,450 dpi的Micro LED陣列。此技術的開發有助於高解析度的LED微顯示器實用化。Ostendo也將運用此技術製作雷射二極體(LD)陣列,作為投影顯示源,在投影應用上,將比LED微顯示器具有更佳的光學效率。美國Illinois University的John A. Rogers等人利用犧牲層濕蝕刻和PDMS轉貼的技術,將Micro LED轉貼至可撓式基板或玻璃基板上來製作Micro LED陣列。並於2006年Spin-out給Semprius公司,2013年由X-Celeprint公司取的獨家授權。


圖三、Texas University所開發的主動定址微晶粒發光二極體陣列微顯示器

工研院電光所研發的Micro LED陣列技術係係以Flip Chip Bonding方式,透過積體化整合矽基控制電路的微型顯示器,日前發表了解析度640 × 360與960 × 540之Micro LED元件,元件尺寸為0.37吋與0.55吋,週期/大小12.8 μm/10 μm,如圖九所示,將Micro LED陣列晶片與CMOS驅動背板以微間距金屬凸塊鍵結接合技術進行整合,其封裝整合偏移可小於2 μm,其製備而得之Micro LED陣列模組,將藍、綠光單色Micro LED陣列整合於CMOS基板之主動驅動微晶粒LED陣列顯示模組。
工研院電光所亦成功將上述製備之單色Micro LED陣列產品整合至HMD與HUD系統上進行測試,單色Micro LED微顯示已可取代現有的微顯示系統。


圖九、工研院電光所製作的640 × 360 Micro LED陣列元件

工研院電光所目前亦朝整合紅、藍、綠三光色Micro LED在單一晶片中開發,藉由將成長於原生基板之LED磊晶薄膜層轉移至載體基板,並於其上完成陣列化結構製程後,利用自有選擇性微型元件轉移技術,將特定區域之Micro LED自載體基板轉移封裝至目標基板之上,其轉移良率可達90%以上……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:王士浩、林奕辰、吳明憲、安超群、朱盈蒨、方彥翔、朱慕道/工研院電光所
★本文節錄自「工業材料雜誌」343期,更多資料請見下方附檔。


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